Orbite de Molniya

L'orbite de Molniya est une catégorie d'orbites très elliptiques, inclinée à 63,4 ° par rapport au plan de l'équateur et d'une période de 12 heures. Son apogée est proche de 40 000 km et son périgée proche de 1 000 km. Un satellite placé sur cette orbite passe la plupart de son temps au-dessus de sa zone d'activité utile pour laquelle il a été conçu, un phénomène appelé angle de saturation d'apogée. L'orbite de Molniya doit son nom à la série de satellites de communication russes Molniya qui utilise ce type d'orbite depuis le milieu des années 1960. Les orbites de Molniya ne sont pas limitées aux orbites terrestres mais peuvent être appliquées à tout astre pour lequel les variations séculaires de la longitude du nœud ascendant et de l'argument du périgée en raison de l'aplatissement de l'astre ont des effets dominants sur le satellite.

Pour avoir un apogée dont la position apparente dans le ciel se répète d'une orbite à l'autre, la période orbitale doit diviser 24h de façon paire. Une période de 12 heures donne donc deux apogées et deux périgées, une période de 6 heures en donnerait quatre de chaque type. Une inclinaison importante permet à l'apogée d'être proche du pôle nord ou sud justement là où la couverture d'un satellite géostationnaire est la plus mauvaise, voir nulle. Les russes, canadiens et suédois utiliseront la proximité avec le pôle nord.

Mais l'aplatissement du globe terrestre perturbe l'argument du périgée, donc même si l'apogée est au départ dans l'hémisphère Nord, elle va progressivement se déplacer, à moins que la trajectoire ne soit régulièrement corrigée avec les propulseurs du satellite. C'est pour éviter cette dépense supplémentaire en carburant que l'orbite de Molniya utilise une inclinaison de 63,4°, inclinaison pour laquelle ces perturbations sont nulles.

Pour les télécommunications l'orbite de Molniya permet une couverture 24h sur 24 des régions polaires avec une constellation de 3 satellites. Le premier satellite lancé sur cette orbite fut le Molniya 1-01, lancé le 21 août 1965. Des satellites américains utilisent aussi ce genre d'orbite, dont le réseau Satellite Data System et la constellation de Sirius Satellite Radio. Selon certaines sources, le système soviétique FOBS anti-missile fonctionnait en imitant un satellite standard voyageant sur une orbite de Molniya. Des satellites américains secrets d'espionnage appelés Jumpseat, et leurs successeurs appelés Trumpet utiliseraient également les orbites de Molniya.

L'orbite de Molniya ne peut pas être appliquée à des engins spatiaux habités, car elle franchit 4 fois par jour les zones de très hautes radiations de la Ceinture de Van Allen.

Afin de s'assurer que la position de l'apogée dans le plan orbital ne soit pas influencée par des perturbations , une inclinaison de 63,4° a été choisie. Ceci résulte du calcul de l'argument du périgée de façon à ce qu'il reste constant sur une longue période.

La dérive quotidienne de l'argument du périgée pour une orbite terrestre se calcule avec l'expression suivante :

avec :

• $R_E$ est le rayon de la Terre,
• $a$ est la longueur du demi-grand axe,
• $i$ est l'inclinaison, et
• $\epsilon$ est l'excentricité orbitale.

Le membre de droite s'annule pour une inclinaison de 63,4° qui est la valeur retenue pour l'orbite Molniya. Mais le membre s'annule aussi pour une inclinaison de 116,6°.

Le nom de l'orbite de Molniya vient du nom russe pour foudre. Le nom est approprié, car le satellite passe relativement près de la Terre à son périgée, donc à une vitesse très élevée, de l'ordre de 10 km/s. Le satellite russe Molniya fut le premier envoyé dans l'espace avec une telle orbite, il a donc donné son nom à ce type d'orbite.